JPH0629255A - プラズマエッチング方法及び装置 - Google Patents

プラズマエッチング方法及び装置

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JPH0629255A
JPH0629255A JP4183416A JP18341692A JPH0629255A JP H0629255 A JPH0629255 A JP H0629255A JP 4183416 A JP4183416 A JP 4183416A JP 18341692 A JP18341692 A JP 18341692A JP H0629255 A JPH0629255 A JP H0629255A
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JP
Japan
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plasma
discharge
etching
discharge chamber
plasma etching
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JP4183416A
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English (en)
Inventor
Shigeyoshi Kawazoe
重義 川副
Hirotaka Nonaka
裕貴 野中
Sakae Takabori
栄 高堀
Hiroshi Muto
宏史 武藤
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Hitachi Science Systems Ltd
Original Assignee
Hitachi Science Systems Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 半導体製造プロセスにおいて、プラズマエッ
チングのプラズマ中の荷電成分たるイオン(エッチング
種)の密度を高めて良好な異方性エッチングを可能にす
ると共に、エッチング効率を向上させる。 【構成】 放電室3に放電電極1,2が配置され、この
うち一方の電極上に被エッチング加工物がセットされ
る。放電室3を真空装置7により低圧にしつつ供給配管
8からHe又はNeを、供給配管11から反応ガス(プ
ラズマ生成ガス)を供給して混合したガスを放電室3に
送り、高周波電源6により、放電電極1,2を印加して
プラズマを発生させる。He又はNeの供給の替わりに
放電室3にHe又はNe放電管を設けて、これより生じ
る真空紫外光をプラズマ12に照射してもよい。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば半導体素子製造
のためのプラズマ微細加工(エッチング)技術に関す
る。
【0002】
【従来の技術】減圧下での高周波電力による放電により
プラズマを発生させ、このプラズマを用いた半導体素子
製造用のプラズマ処理装置は、例えば特公平3−555
49号公報に開示されている。また半導体素子製造プロ
セスにおけるプラズマ技術の位置づけとプラズマによる
エッチングの原理とについては、産業図書・菅野 卓雄
編著・半導体プラズマプロセス技術に詳細に論じられて
いる。
【0003】この種のプラズマエッチング技術は、プラ
ズマ中の荷電成分の物理作用及び化学作用により基板
(例えばシリコンウェーハ)上に形成された薄膜層(例
えば窒化シリコン又はポリシリコン)を、フォトレジス
ト(感光性有機化合物)で形成されたマスクパターンに
そって深さ方向に取り除く(エッチング)ことで、目的
とする形状を得ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】近年、半導体の高密度
集積化に伴い、微細加工技術の精度向上がさらに求めら
れてきている。シリコンウェーハ上に形成された薄膜を
高精度で微細加工するためには、少なくとも次の3つの
条件を満足することが必要である。
【0005】(1)シリコンウェーハの平坦面に対して
垂直にエッチングできること (2)被エッチング面に結晶欠陥などの損傷を与えない
こと (3)目的とする被エッチング物質のみをエッチングし
て、マスク材などをエッチングしないこと しかし従来の高周波電力による放電でのプラズマによる
エッチングでは、上記の3つの条件を同時に達成するこ
とは困難である。以下、その理由を詳述する。
【0006】ウェーハ平坦面に対して垂直にエッチング
作用を起こさせるには、プラズマの成分がウェーハの垂
直方向に運動を起こす力の場が必要である。この力の場
は一対の平衡平板電極間での放電に伴う自己バイアス電
位である。一方、この電位によって運動方向が規制され
るプラズマの成分は荷電成分である。すなわち、荷電成
分が電界の影響を受けて運動方向が規制され、一方向
(異方性)へ運動するもので、これが多く存在すること
が上記の条件を満足させることになる。
【0007】ところで気体の放電によって得られるプラ
ズマは、イオン化された原子や分子のような荷電成分の
ほかに電気的に中性な基底状態あるいは準安定状態(励
起状態)の原子や分子から構成されている。
【0008】例えば、プラズマの生成に使用される気体
は、炭素と弗素との化合物や、炭素、弗素及び塩素の3
元素からなる化合物などであり、テトラフロロカーボン
(CF4)とかトリフロロクロロカーボン(CF3Cl)
などがある。これらの気体での放電によって得られるプ
ラズマの成分には、上記のように荷電成分や中性成分が
多数の形態で存在しており、荷電成分として最も有力視
されているプラズマ成分が、
【0009】
【外1】
【0010】一方、電気的に中性なプラズマ成分の運動
は、電界に影響されないので、方向性がなく等方向性を
持つことになる。ウェーハの表面に形成された薄膜層の
エッチングは、プラズマの荷電成分による場合は理想的
に方向性を持って起こるが、電気的に中性な成分による
場合は、好ましくない等方向で起こり、これが上記条件
を妨げる要因となっている。
【0011】また、プラズマの荷電成分がバイアス電位
の電気力線に沿って、ウェーハ平面に垂直に運動しエッ
チング作用を起こすには、電気的に中性なプラズマ成分
との衝突を起こさない条件が必要である。すなわち、分
子が他の分子と衝突せずに運動できる距離(平均自由行
程)が必要である。この平均自由行程はプラズマ発生室
の圧力が低いほど大になる。従来のプラズマによるエッ
チングでは、プラズマ発生室の圧力が1.3Pa〜13
Paで行なわれている。しかし、プラズマ発生室の圧力
を低くするとプラズマ中のイオン成分の絶対量が減少す
るため、エッチング効率が減少する傾向を示すなどの問
題がある。具体的には、プラズマ発生室の圧力が13P
aでは、プラズマ成分の平均自由行程が小さく、理想的
な異方性のエッチングが得がたい。一方プラズマ発生室
の圧力を1.3Pa以下にするとエッチングの効率低下
が起こる。
【0012】本発明は以上の点に鑑みてなされ、その目
的は、プラズマエッチングのプラズマ中の荷電成分たる
イオン(エッチング種)の密度を高めて良好な異方性エ
ッチングを可能にすると共に、エッチング効率を向上さ
せることにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、基本的には次のようなプラズマエッチン
グ法を提案する。
【0014】すなわち、減圧下で高周波放電によるプラ
ズマを発生させて、目的物をエッチングするプラズマエ
ッチング方法において、プラズマ源となる反応ガスにヘ
リウム(He)又はネオン(Ne)を混合し、この混合
ガス雰囲気で放電させてエッチングを行うか(これを第
1の方式とする)或いは、プラズマにヘリウム放電管又
はネオン放電管から発生する真空紫外光を照射してエッ
チングを行う(これを第2の方式とする)。
【0015】
【作用】ウェーハ(被エッチング対象物)表面に形成さ
れたポリシリコンや窒化シリコンの薄膜層に理想的な異
方性のエッチングを行なうには、プラズマ発生室の圧力
が少なくとも1.3Pa以下であることが望ましい。し
かしプラズマ発生室を低圧(1.3Pa以下)にする
と、プラズマ中の荷電成分の絶対量が不足し、エッチン
グ処理時間が長くなる。この課題を解消するため、本発
明では次のような作用がなされる。
【0016】第1の方式の作用…プラズマ発生ガス(反
応ガス、例えばCF4)に化学的に不活性な希ガスたる
He又はNeを混合した気体雰囲気での放電では、ペニ
ング効果といわれる現象が起こる。例えばCF4とHe
との混合ガス雰囲気で放電させると、CF4から生ずる
プラズマ成分とHeの励起状態(He*)とが生成す
る。このHe*が基底状態に戻る時に約21エレクトロ
ンボルト(eV)のエネルギーに相当する真空紫外光
(〜60nm)を発生する。
【0017】この真空紫外光はHe以外のガス成分をイ
オン化することができる。したがって、放電によってC
4から生ずるプラズマ成分の全てをイオン化できる。
すなわちプラズマ中の電気的に中性なプラズマ成分もイ
オン化することになり、プラズマ中の荷電成分濃度を極
端に高くすることができる。したがって、放電室を高真
空度状態(低圧力下)にしても、プラズマ中の荷電成分
の濃度を高めることができ、その結果、エッチング処理
時間を短縮できると共に、異方性エッチングを主体とし
て、かつプラズマ成分の自由行程を大きくして、理想的
なエッチングが可能となる。
【0018】なお、上記作用において、混合ガスとして
Neを用いた場合にも同様な現象が起こる。Neが放電
によって発光する光エネルギーは16.8eVであり、
Heを除いた他の炭素化合物のイオン化が可能である。
【0019】第2の方式の作用…本方式では、第1の方
式のような混合ガスを用いず、放電室には反応ガス(プ
ラズマ生成ガス)が供給され、このガス雰囲気で生じる
プラズマに対して、He放電管及びNe放電管から発生
する真空紫外光をプラズマに照射することで、プラズマ
中の電気的に中性なプラズマ成分もイオン化することに
なり、プラズマ中の荷電成分濃度を極端に高くすること
ができ、第1の方式同様にエッチング効率の向上と理想
的な異方性エッチングの両立を図り得る。
【0020】
【実施例】本発明の実施例を図面により説明する。
【0021】図1は本発明の第1の方式を具体化したプ
ラズマエッチング装置の構成図である。
【0022】図1においてプラズマを発生させる放電室
3は側断面図で示してある。プラズマエッチング装置
は、放電室3、一対の放電電極(平行平板電極)1と
2、高周波電源6及び真空装置7等で構成されている。
放電電極1,2は放電室3に配置され、このうち、一方
の電極(上部電極)1は接地され、他方の電極(下部電
極)2には高周波電源6が接続される。
【0023】8はヘリウム(He)の供給配管、11は
反応ガス(例えばCF4)の供給配管で、各配管に流量
制御バルブ9,10がそれぞれ配設してある。
【0024】次に本実施例の動作を説明する。
【0025】放電室3を真空装置7で連続的に吸引した
状態で、放電室3が一定圧力になるように、ガス供給配
管8及び11より反応ガス(例えばCF4)及びHeを
供給する。例えばCF4中にHeを1〜5%混合する。
反応ガスとHeとの混合割合は、流量制御バルブ9と1
0との調整によって行なわれる。この状態で、下部電極
2に高周波電力を印加することによって放電室3内にプ
ラズマ12が発生する。下部電極2には試料(ウェー
ハ)が設置され、プラズマ12によりエッチングが行な
われる。
【0026】本実施例によれば、発明の作用の項で述べ
たように、ペニング効果により、CF4から生ずるプラ
ズマ成分とHeの励起状態(He*)とが生成され、H
e*が基底状態に戻る時に約21エレクトロンボルト
(eV)のエネルギーに相当する真空紫外光(〜60n
m)を発生し、この真空紫外光によりプラズマ中の電気
的に中性な成分もイオン化でき、プラズマ中の荷電成分
濃度を高めることができる。そのため、プラズマ発生室
を高真空度状態にしても、プラズマ中の荷電成分の濃度
を高めることができ、低圧力下でプラズマを発生させる
ことが可能となり、理想的な異方性エッチングとその処
理時間の短縮の両立を図り得る。なお、上記Heガスに
替えてNeガスを用いてもよい。
【0027】図2は本発明の第2実施例で、図中、図1
に用いた符号と同一の符号は同一或いは共通する要素を
示す。
【0028】本実施例において、第1実施例と異なる点
は、He又はNeを反応ガスに混合する替わりに、放電
室3内にHe又はNe放電管16を設置したことであ
る。13は放電管16のガラス枠、14は電源、15は
アース線である。
【0029】本実施例によれば、He又はNe放電管1
6より発生する真空紫外光をプラズマ12に照射するこ
とにより、プラズマ中の電気的に中性な成分をイオン化
し、第1実施例同様にプラズマ中のイオン成分の濃度を
高め、エッチングの効率を高めると同時に理想的な異方
性エッチングを達成できる。
【0030】放電管16の窓材13は弗化リチウム(L
iF)又は弗化マグネシウム(MgF2)であり、9〜
16eVの光エネルギーを透過させることが可能であ
る。この領域の光エネルギーは、プラズマ成分をイオン
化するのに十分なエネルギーである。
【0031】なお、上記各実施例において、付記すれ
ば、Heの放電によって得られる光エネルギーは上記の
ように21eVである。Neの場合は16.8eVであ
る。炭素化合物でイオン化ポテンシャルの高い化合物は
二酸化炭素の13.8eVであり、メタンで13eV、
四塩化炭素で11.5eVである。これらに比較して例
えばCF4のイオン化エネルギーはメタンと四塩化炭素
との間にあると予想される。また例えばCF4の放電に
よって生ずるプラズマの電気的中性な成分のイオン化ポ
テンシャルも十数eVである。したがって、ペニング効
果及び真空紫外光のプラズマへの照射は、プラズマ中の
イオン成分濃度を高めることができる。
【0032】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、第1の方
式,第2の方式いずれの場合も、プラズマの荷電成分濃
度を高め、その結果、低圧力下でのプラズマエッチング
を可能として、プラズマ成分の平均自由行程が大とな
り、理想的な異方性エッチングを可能にすると共に、そ
のエッチング効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係るプラズマエッチング
装置の構成図
【図2】本発明の第2実施例に係るプラズマエッチング
装置の構成図
【符号の説明】
1,2…プラズマ発生用放電電極、3…放電室、6…高
周波電源、7…真空装置、8…He又はNe供給配管、
9,10…流量制御バルブ、11…反応ガス供給配管、
12…プラズマ、13…光透過窓、16…He又はNe
放電管
フロントページの続き (72)発明者 武藤 宏史 茨城県勝田市市毛1040番地 株式会社日立 サイエンスシステムズ内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 減圧下で高周波放電によるプラズマを発
    生させて、目的物をエッチングするプラズマエッチング
    方法において、プラズマ源となる反応ガスにヘリウム
    (He)又はネオン(Ne)を混合し、この混合ガス雰
    囲気で放電させてエッチングを行うことを特徴とするプ
    ラズマエッチング方法。
  2. 【請求項2】 減圧下で高周波放電によるプラズマを発
    生させて、目的物をエッチングするプラズマエッチング
    方法において、プラズマにヘリウム放電管又はネオン放
    電管から発生する真空紫外光を照射してエッチングを行
    うことを特徴とするプラズマエッチング方法。
  3. 【請求項3】 プラズマ発生用の一対の放電電極を有す
    る放電室と、前記放電室を低圧状態にする真空装置とを
    備えたプラズマエッチング装置において、 前記放電室にプラズマ源となる反応ガスとヘリウム(H
    e)又はネオン(Ne)を混合して供給する手段を備え
    たことを特徴とするプラズマエッチング装置。
  4. 【請求項4】 プラズマ発生用の一対の放電電極を有す
    る放電室と、前記放電室を低圧状態にする真空装置とを
    備えたプラズマエッチング装置において、 前記放電室の内部にヘリウム放電管又はネオン放電管を
    設けたことを特徴とするプラズマエッチング装置。
JP4183416A 1992-07-10 1992-07-10 プラズマエッチング方法及び装置 Pending JPH0629255A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100227367A1 (en) * 2007-10-12 2010-09-09 Novozymes A/S Process of Producing a Fermentation Product
JP2016103632A (ja) * 2014-11-12 2016-06-02 ラム リサーチ コーポレーションLam Research Corporation エネルギー吸収体ガスへの衝突共鳴エネルギー伝達によるプラズマのvuv放出の調節

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US20100227367A1 (en) * 2007-10-12 2010-09-09 Novozymes A/S Process of Producing a Fermentation Product
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